一种基于STFT的抗欺骗式干扰时频聚束累积方法

本发明属于雷达信号，具体涉及一种抗欺骗式干扰时频聚束累积方法。

背景技术：

1、在实际sar平台运行中，存在复杂环境下的电磁干扰影响成像的效果，导致无法对目标区域进行有效观测。根据干扰能量来源可以分为有源干扰生成和无源干扰生成，常见的有源干扰形式包括了非相干信号源的噪声调制干扰和相干信号源的欺骗式干扰。欺骗性干扰根据真实信号进行实时调制转发，在预期方位向和距离向上形成虚假目标。干扰信号与真实信号具有良好的相干性，随着成像流程的方位距离压缩形成二维能量累积，sar模型如图1所示。

2、传统的抗干扰技术如空间-慢时域下stap方法对于旁瓣干扰和噪声杂波类干扰具有良好的抑制效果，但是对于存在主瓣干扰回波情况下，该方法会导致真实回波的严重损失进而无法对其有效成像。或者是利用非参数化方法，通过谱估计对干扰识别在时域或者频域进行滤波处理，但仍然存在大量与干扰信号同一时刻或者频率的真实信号被滤除的风险。随着时频联合分布理论的推进，不少学者提出利用时频分布原理进行混合信号分离与参数估计。此方法能将时频面内能量较强的干扰分量从有用信号中提取出来，但主要针对的是单一窄带高斯噪声类干扰信号，对于多量宽带相干干扰信号并不适用。如何利用已知干扰源方位信息，针对主瓣欺骗式干扰信号进行有效分离与抑制是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于stft的抗欺骗式干扰时频聚束累积方法，包括真实散射点与干扰调制虚假点回波构造，欺骗干扰与真实stretch分量方位聚束累积时频分布结果获取，欺骗式干扰抑制；本发明可以有效解决sar主瓣场景成像中存在欺骗式干扰的问题，以达到对真实目标区域的成像与观测。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

3、步骤1：真实散射点与干扰调制虚假点回波构造；

4、步骤1-1：确定聚束场景的方位时域与多普勒频域网格；

5、方位时域的网格间隔不高于的长度，多普勒频域的网格间隔不高于的长度；分别计算每个频点上的真实方位回波离散信号：干扰虚假方位回波离散信号：其中，n为方位慢时间离散量，x为干扰机方位位置参数，v为sar平台运动速度，ka为多普勒调频率，as和af分别为真实方位信号和干扰信号的包络项；表示参考散射点波束中心指向单位时间，β表示各散射点的波束中心指向时间系数；

6、步骤1-2：在干扰中心时刻点nf0＝0s对合成孔径时域[-△t/2,△t/2]内的所有频点的方位信号xrc(n)与xrc(n)f进行stretch变换与stft变换，得到该中心时刻点对应不同频点kf的stft-stretch所有分量strc(n,kf)f；将合成孔径中心时刻点分别向干扰中心时刻点两侧移动至(ns0,ks0)和(ns1,ks1)；在真实分量中心时刻点和分别对合成孔径时域范围与内的所有频点的方位信号进行stretch变换与stft变换，得到该中心时刻点对应不同频点ks的stft-stretch所有分量strc(n,ks)0和strc(n,ks)1；其中，真实散射点的合成孔径慢时间域表示为：虚假散射点的慢时间域为：[-△t/2,△t/2]；△t表示合成孔径时间；

7、步骤1-2-1：在真实散射点的合成孔径慢时间域内，真实散射点的方位向信号为：ta表示方位慢时间变量；干扰调制的虚假散射点慢时间域[-t/2,t/2]中，干扰方位向信号为：

8、

9、src(ta)fake信号的多普勒谱为：

10、

11、其中，fa为多普勒频率分量，y为干扰机的距离向位点，r0为sar零多普勒频点时的最短斜距，c为光速，src为真实方位信号多普勒频谱，fc为载频，wa为方位调制项；

12、步骤1-2-2：较于真实散射点，干扰虚假散射点的多普勒频谱在慢时间维上平移了在多普勒维平移了量度，频谱相位增加了exp(-j4πfc(y+x2/2rs)/c)；

13、步骤1-2-3：β＝0时的散射点方位信号为：

14、作为参考信号，s0(ta)能覆盖整个时频重叠分布区域，真实散射点的方位向stretch信号为：

15、

16、

17、干扰点的方位向stretch信号为：

18、

19、其中，src*(ta)表示为方位信号的共轭处理，w0为参考信号的包络项；

20、经过stretch处理后的方位信号消去了ta二次项，消除了调频斜率在频域上对信号的动态影响，从而得到频率不同的干扰和回波信号；

21、干扰点和真实点stretch处理后频率ff与f关系为：

22、步骤1-2-4：将相近频点的stretch干扰与真实分量模型进行离散表示，真实方位stretch回波离散信号xrc(n)为：干扰虚假方位回波离散信号xrc(n)f表示为：

23、其中，

24、对xrc(n)作离散傅里叶变换stft：

25、

26、得到真实方位stft-stretch的分量strc(n,ks)0和strc(n,ks)1：

27、

28、

29、对xrc(n)f作离散傅里叶变换stft：

30、

31、得到干扰方位stft-stretch的分量strc(n,kf)f：

32、

33、其中，k为频率采样点，m为时域采样点，n为总的多普勒频率采样点数，h()为窗函数，wh(k)为频点下窗函数的响应幅度期望；

34、步骤2：欺骗干扰与真实stretch分量方位聚束累积时频分布结果获取；

35、步骤2-1：分别对stft-stretch分量strc(n,kf)f、strc(n,ks)的方位时序采样进行插值补零；

36、对strc(n,kf)f分量的时间偶序列进行插值补零后strc(ni,kf)f为：

37、

38、对strc(n,ks)分量的时间偶序列进行插值补零后strc(ni,ks)为：

39、

40、其中，ni'为原时域序列，得到的新的升采样时间序列ni；

41、步骤2-2：构造补偿因子hf(n,kf)对strc(n,kf0)f在以nf0为中心的时域长度△t进行乘积；strc(n,kf0)f相干叠加后聚束在(nf0,kf0)网格点上，得到网格位点信息：(nf0,kf0,src(nf,kf0)f)；补偿因子以步长移动，遍历整个nf0上的所有频点网格，依次进行乘积叠加，得到该中心时刻点下所有干扰频点的聚束累积量；

42、构造匹配项hs(n,ks)对strc(n,ks0)0和strc(n,ks1)1分别在以ns0和ns1为中心的时域长度△t进行乘积；strc(n,ks0)0相干叠加后聚束在(ns0,ks0)网格点上，得到网格位点信息：(ns0,ks0,src(ns,ks0)s)，strc(n,ks1)1相干叠加后聚束在(ns1,ks1)网格点上，得到网格位点信息：(ns1,ks1,src(ns,ks1)s)；补偿因子分别以步长和步长移动中心时刻点和频点，遍历所有网格点，依次进行乘积叠加，得到不同中心时刻点和频点的所有真实分量的聚束累积量集合；

43、步骤2-2-1：对于ks0、ks1和kf0上对应合成孔径中心时刻点ns0、ns1与nf0分别进行相干累加，构造补偿因子补偿相应时延处的信号相位；干扰分量的中心时刻点nf0为参考时刻，方位聚焦的相关函数分别为：

44、

45、

46、

47、其中，kf为干扰分量的多普勒频点变量，nf为干扰分量的方位慢时间变量，tf为干扰分量在中心时刻点聚束后的包络项系数；ks为干扰分量的多普勒频点变量，ns为干扰分量的方位慢时间变量，ts为真实分量在中心时刻点聚束后的包络项系数；w(n,kf)、w(n,ks0)和w(n,ks1)为聚束窗函数，窗长度为△t；

48、步骤2-2-2：利用hf得到在(nf0,kf0)下欺骗干扰的聚束累积量src(nf,kf0)f为：

49、

50、其中，σ为stft窗函数调制项，*为共轭操作，tf为干扰分量在中心时刻点聚束后的包络项系数；

51、步骤2-2-3：利用hs得到在(ns0,ks0)和(ns1,ks1)下欺骗干扰的聚束累积量src(ns,ks0)s和src(ns,ks1)s为：

52、

53、

54、其中，ts为干扰分量在中心时刻点聚束后的包络项系数；

55、步骤2-3：对所有聚束累积量的集合映射至方位时域-多普勒频域网格上，得到合成孔径时间内干扰与真实stretch分量方位聚束累积时频分布结果；

56、步骤3：欺骗式干扰抑制；

57、步骤3-1：利用恒虚警检测技术cfar，对干扰分量所在的方位时域和频域区域内累积量的能量确定一个门限值m(n,k)，将此门限与近交叉区域内的分量和真实分量区域进行判决比较，输出得到干扰累积量的提取信号src(n,k)f；

58、步骤3-2：利用干扰累积量src(n,k)f与混合分量src(n,k)进行差分输出，得到干扰分离后的真实分量的有用信息src(n,k)s，并对干扰中心时刻点附近区域的频带进行滤波窗函数遍历处理，得到的真实分量的方位聚束累积时频分布src'(n,k)s；

59、步骤3-3：整个干扰交叉叠加区域的真实干扰量由△h表示为：

60、

61、其中，△k、△t分别为重叠交叉区域的频带和时域长度，b、t分别为合成孔径时间下的频率采样总数和方位时间采样总数；

62、步骤4：对src'(n,k)s做线性时频逆变换，得到恢复后的真实回波方位信号xrc(n)。

63、本发明的有益效果如下：

64、本发明可以有效解决sar主瓣场景成像中存在欺骗式干扰的问题，以达到对真实目标区域的成像与观测。